نظرة عامة على تصميم الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات والتحكم في المحاذاة

الكلمات المفتاحية: لوحة دوائر مطبوعة من FR4، لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات

الإعداد والتحضير

بالنسبة لتصميم لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات، قد لا تكون قواعد التوصيل القديمة للوحات الدوائر المطبوعة كافية في بعض الحالات، وتحتاج إلى معرفة ما إذا كانت هناك أي متطلبات إضافية أساسية. قد تضطر إلى إضافة سمات أو طبقات إلى قاعدة التوصيل لاستخدامها في اللوحات متعددة الطبقات بناءً على نظام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) المستخدم. وهنا تكمن الفائدة الحقيقية في الوصول إلى نظام تصميم أكثر تقدمًا للوحات الدوائر المطبوعة يرتبط بخدمات المكتبات عبر الإنترنت. يصبح العمل بأحدث وأدق بيانات مصدرية لقواعد التوصيل الخاصة بلوحة الدوائر المطبوعة أسهل بكثير.

سيوضح تخطيط ترتيب طبقاتك الفرق الرئيسي بين إعداد لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات وذات طبقتين. أثناء تخطيط ترتيب طبقات لوحتك، إليك بعض النقاط التي ستحتاج إلى أخذها في الاعتبار:

• التكلفة: ستتأثر التكلفة الإجمالية لبناء اللوحة بعدد الطبقات ومواد التصنيع بالإضافة إلى التكوين. للنظر في جميع الخيارات، تحتاج إلى العمل مع الشركة المصنعة هنا.
• الأداء: يختلف اختلاف المواد التي سيتم تصنيع اللوحة بها بناءً على بيئة تشغيل اللوحة النهائية وسرعة عمل الدوائر الإلكترونية. بناءً على الاحتياجات، هناك مواد أكثر تقدمًا قد تكون أكثر ملاءمة لتطبيقك مقارنة بـ FR-4. لكن معلمات مثل حسابات المعاوقة قد تتأثر بتلك المواد. ومع ذلك، فإن لوحة الدوائر المطبوعة FR4 موثوقة أيضًا. وهنا تكون مساعدة الشركة المصنعة للوحة الدوائر المطبوعة مصدرًا لا يقدر بثمن للمعلومات.
• الدوائر الإلكترونية: لإنشاء التكوين الأمثل للطبقات، تحتاج أيضًا إلى فهم احتياجات دوائرك الإلكترونية. قد تكون هناك حاجة لإضافة مستويات أرضية إضافية، أو تكوين طبقة خط شريطي للإشارات الحساسة لتحقيق أفضل أداء لها. ستحتاج مناطق الدوائر الرقمية والتناظرية إلى الفصل مع مستوياتها الأرضية. تحتاج مصادر الطاقة الموجودة على اللوحة إلى العزل. يجب التخطيط لهذا قبل بدء التخطيط، وكل هذا قد يؤثر على تكوين الطبقات.
• الكثافة: عند تحديد تكوين ترتيب طبقات لوحتك، تعتبر كثافة التوصيل للوحة عاملاً آخر. من المؤلم جدًا أن تضطر إلى إضافة طبقات بالعودة إلى تصميم اللوحة بعد أن بدأت بالفعل في التخطيط. قد تضطر إلى إجراء العديد من التغييرات على تخطيطك بالإضافة إلى إعادة تكوين قاعدة بيانات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). من ناحية أخرى، إذا بدأت بعدد كبير جدًا من الطبقات، فسوف تدفع ثمن اللوحات أكثر مما ينبغي.

التحكم في محاذاة اللوحة متعددة الطبقات

تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، خاصة عند وجود طبقات عديدة على لوحة صغيرة الحجم، هو عملية صعبة للغاية. نحن مطالبون بتركيب مكونات أكثر لكل بوصة مربعة من أي وقت مضى - تمليه ميزات بيئة العمل التي يتوقعها المستهلك مع تزايد صغر حجم الأجهزة. يشكل تجميع الدوائر تحديًا كبيرًا. قد نواجه مشاكل عندما يتعين تجميع الطبقات معًا، على الرغم من أنه من السهل نسبيًا تصميم مخطط إلكتروني باستخدام برامج الكمبيوتر الحديثة وطباعته من خلال تقنيات الحفر المتقدمة.

سيفشل النظام بأكمله في العمل إذا لم تتم محاذاة صفائح النحاس بشكل مثالي، لأن النقاط الخاطئة ستتلامس أو لن يتدفق التيار بين الصفائح. قد يحدث خلل في عمل الدائرة إذا تم تقليل جهد التصميم.

في السابق، كان المصنعون يستخدمون طرق التلامس الميكانيكي لمحاذاة الطبقات في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. الآن أصبح الأمر أسهل بكثير. لمحاذاة الجزء العلوي من الطبقة مع الجزء السفلي، من الممكن استخدام كاميرات مزودة بأنظمة تصوير، ويمكن وضعها لتناسب بشكل صحيح إذا تم الكشف عن عدم دقة.

يتم اعتماد ما يسمى بنظام الاختبار المثالي تدريجيًا من قبل العديد من الشركات المصنعة لتحقيق محاذاة فائقة الدقة للطبقات. يتم من خلاله تحديد الموضع الفعلي لكل طبقة داخلية بدقة تصل إلى 0.001 بوصة. يحدد نظام الاختبار متوسط الخلوص التصميمي بين الفتحات والنمط الذي يربط الطبقات عن طريق اختبار عدد معين من نماذج لوحات الدوائر المطبوعة الأولية. تتم معالجة النتائج ثم سيمنحك النظام لوحات دوائر مطبوعة عالية الدقة متعددة الطبقات، بعد أن قام بحساب أفضل محاذاة لمنتجات لوحات الدوائر المطبوعة التي ستفتخر بها عند بدء عملية الإنتاج الفعلية.

نحو منتج فائق، يعد الحصول على النموذج الأولي بدقة متناهية خطوة كبيرة. لسوء الحظ، يحاول العديد من الشركات المصنعة تخطي هذه المرحلة المهمة من الإنتاج بأسرع ما يمكن. الطرق المذكورة أعلاه ضرورية ولكنها ليست رخيصة.

يجب على كل شركة إلكترونيات تحاول تحسين أو بدء مراقبة الجودة لديها أن تنظر في ما يجب استخدامه لضمان تميز منتجها. فالجودة الأفضل هي التي تفوز دائمًا على المدى الطويل نظرًا لشدة المنافسة في قطاع الإلكترونيات.

تخطيط وتوجيه مسارات لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

سيكون العمل مع مستويات الطاقة الداخلية وتوجيه المسارات ممتعًا، ولكن هناك بعض الاعتبارات المهمة في نفس الوقت هنا أيضًا:

• يجب توجيه بعض المسارات على طبقات مجاورة لمستويات الأرضي وستتطلب هيكل طبقة خط شريطي. لتقليل أي تداخل أو اقتران جانبي محتمل، يجب أيضًا تقاطع المسارات الحساسة بشكل متعامد على طبقات الإشارة الداخلية المتجاورة.
• يجب أن تخطط لذلك حيث سيكون هناك عادةً مكونات أكثر في اللوحات متعددة الطبقات وبالتالي توجيه مسارات أكثر من اللوحة ذات الوجهين. قد يكون لبعض هذه المسارات عروض ومسافات توجيه محددة أو متطلبات أخرى تعتمد على تكنولوجيا اللوحة مثل المسارات المتحكم في معاوقتها أو الأزواج التفاضلية.
• يجب تخطيط المستويات المقسمة بحيث لا تفسد الإشارات الحساسة مسار عودتها عن طريق عبور الانقسامات. يمكن أن يتسبب ذلك في الكثير من الضوضاء على اللوحة.
• من أجل التوصيلية، ستحتوي مستويات الأرضي على الكثير من الفتحات المعدنية فيها ولكن مسارات عودة الإشارة قد تتأثر بهذه الفتحات. لتجنب إعاقة المستويات، يتطلب ذلك تخطيطًا دقيقًا لتوجيه المسارات الخاصة بك.

التصميم مع ملفات الإخراج وإنهاء التوثيق

ستحتاج إلى إنشاء نفس النوع من التوثيق الذي أنشأته دائمًا لإخراج تصميمك متعدد الطبقات للتصنيع ولكن مع بعض الاستثناءات. أولاً، سيكون هناك حاجة إلى مزيد من التفاصيل على رسومات التصنيع الخاصة بك. ستحتوي رسمة التصنيع الخاصة بك على ملاحظات تفصل تفاصيل كيفية بناء اللوحة، وتفاصيل تكديس طبقات اللوحة متعددة الطبقات. ثانيًا، ستحتاج إلى إنشاء ملفات إضافية لطبقات اللوحة المتعددة إذا كنت تستخدم ملفات Gerber لمخرجات التصنيع الخاصة بك. في إدارة وإنشاء ملفات مخرجات التصنيع الخاصة بك، يمكن أن يكون استخدام مجموعة متقدمة من أدوات CAD مفيدًا جدًا هنا في لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.